Anpassung von Oxiddünnschichten für Brennstoffzellen
Das Absenken der Betriebstemperatur von Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) würde den Abbau der Stoffe begrenzen und die Gesamtkosten senken. Die Herausforderung besteht darin, Materialien zu finden, die eine gute Leistung bei niedrigen Temperaturen haben, d.h. bessere Elektroden und Elektrolyte. Unter den vielversprechenden Kathodenmaterialien befinden sich diejenigen, die sowohl Ionen als auch konventionellen Elektronen leiten - gemischte ionische und elektronische Leiter (MIECs) genannt. Eine neue EU-finanzierte Studie zu Kandidaten für MIEC-Keramik setzte erstmals neuartige experimentelle Techniken ein, um Struktur und Funktion zu untersuchen. Das Projekt "Design of new engineered oxide thin films with tailored properties" (ENGINEERED OXIDES) führte zu der bahnbrechenden Entdeckung der Sauerstoffdiffusion und der Austauscheigenschaften. Studien über MIEC-Keramiken deckten räumlich ungleichmäßige ionische Transporteigenschaften auf. Die Wissenschaftler untersuchten Einkristalle und Epitaxialfilme, um einen Einblick in ihre inhärente Anisotropie zu gewinnen. Neuartige Messverfahren deckten die Anisotropie der Sauerstoffdiffusion erstmals experimentell in einigen vielversprechenden Kathodenmaterialien (doppelte Perovskiten) auf. In beispielloser Arbeit sondierten die Forscher die Temperaturabhängigkeit der Atomoberflächenstruktur und Rekonstruktion / Entspannung von Einkristallen. Die Strukturmodelle wurden mit den experimentellen Daten in Bezug auf die äußerste Oberflächenschicht und die oberflächennahen Tiefenprofile, die mit anderen fortgeschrittenen Techniken erhalten wurden, korreliert. Die Forscher führten wegweisende Messungen des Sauerstoffoberflächenaustauschs und der Diffusionseigenschaften in der kombinatorischen Dünnschichten aus, die aus räumlich aufgelösten Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung bestanden. Die Ergebnisse liefern nicht nur wichtige Erkenntnisse, sondern demonstrieren auch die Möglichkeit, eine Vielzahl von Materialzusammensetzungen in einem einzigen Dünnschicht-Abscheidungsversuch abzutasten. Viele zusätzliche eingehende Untersuchungen der Oberflächenwissenschaft einer Anzahl von Kathodenmaterialien, sowohl Dünnschichtfilmen als auch Einkristallen, wurden zum ersten Mal durchgeführt. Die Erkenntnisse und Methoden, die im Rahmen des ENGINEERED OXIDES-Projekts demonstriert wurden, legen den Grundstein für die Entwicklung von hochleistungsfähigen und kostengünstigen SOFC der Zukunft. Die Ergebnisse sollen die Leistung von einer Fülle anderer elektrochemischer Energieumwandlungsvorrichtungen verbessern. Allgemein gesagt, haben die Wissenschaftler einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung des EU-Plans zur umweltfreundlichen Energie geleistet.
Schlüsselbegriffe
Oxid-Dünnfilm, grüne Energie, SOFC, MIEC, Keramik, Sauerstoffdiffusion, Einkristalle
